51 Sb アンチモン 121.76
半金属 pブロック 5周期 15族

アンチモン

Sb · 元素 51 · 半金属

古代から目の化粧品として使われてきた、もろい半金属で、現在は難燃剤として使われています。

20°Cでの状態 固体
原子量 121.76 u
電子配置[Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p³

構造

アンチモンの原子

リング上の点の図ではありません — 占有されている各副殻の実際の確率密度|ψ|²をモンテカルロ法でサンプリングしたものです。ドラッグして回転できます。青と紫は波動関数の反対の符号を示しており、それによって結合が可能になります。

軌道雲

測定値

物性表

各バーは、その性質についてアンチモンが118元素全体の中でどの位置にあるかを示しています。

物理的性質

密度 6.697 g/cm³ 38%
融点 903.8 K 37%
沸点 1860 K 42%
比熱 0.207 J/g·K
熱伝導率 24.3 W/m·K 52%

原子

原子半径 139 pm 30%
共有結合半径 139 pm
ファンデルワールス半径 206 pm

電子

電気陰性度 2.05 73%
イオン化エネルギー 833.6 kJ/mol 73%
電子親和力 101.3 kJ/mol 68%

存在

地殻中の存在度 0.2 mg/kg 44%

同一性

元素記号Sb
原子番号51
原子量121.76 u
分類半金属
ブロックp
結晶構造菱面体
酸化数-3, +3, +5
発見年ancient
発見者古代から知られていました

出典:IUPAC 2021標準原子量・CRC化学・物理学ハンドブック・NIST。~が付いた値は測定値ではなく予測値です。

大きさ、実寸比

アンチモンの原子はどのくらいの大きさですか?

半径139 pmです。これは0.139 nmなので、約3.6百万個を横に並べると1ミリメートルになります。

熱範囲

固体、液体、気体—そしてそのとき

アンチモンは、904 Kから1860 Kまでの956 Kの範囲で液体です。

位置

表での位置

アンチモンは周期5、族15に位置します。 族15のすべての元素は最外殻電子数が同じであるため、非常によく似た性質を示します。

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物語

アンチモンとは何か、そしてどのように発見されたか

古代から目の化粧品として使われてきた、もろい半金属で、現在は難燃剤として使われています。

アンチモンの発見

古代の美容秘法から現代の元素へ

古代エジプトの起源(3000 BCE)

アンチモンの物語は、古代の美容習慣から始まります。クレオパトラを含むエジプトの女王たちは、粉末状の輝安鉱(硫化アンチモン)を「コール」として使用しました。これは、目の感染症や砂漠の太陽光によるまぶしさから目を守る、印象的な黒いアイメイクでした。

「彼女の目は輝安鉱から作られたコールで縁取られ、帝国をも動かす眼差しを与えていました。」—古代エジプトの美に関する記述

中世の錬金術

中世の錬金術師たちは、アンチモンを「金属のオオカミ」と呼びました。加熱すると他の金属を「食い尽くす」ように見えたためです。錬金術の文献では、記号♁がアンチモンを表し、錬金術師たちはそれが金属変成の力を持つと信じていました。

修道士の謎めいた発見

1450年頃、ドイツのベネディクト会修道士であるバジル・バレンタイン(おそらく偽名)は、写本「アンチモンの凱旋戦車」でアンチモンについて詳しく記しました。彼は金属アンチモンの抽出方法と医療用途を説明しましたが、彼の治療法はしばしば毒性を示しました!

貴金属との混同

何世紀もの間、アンチモンは鉛やスズと混同されていました。その名称は、純粋な形ではほとんど見つからないことから、ギリシャ語の「anti-monos」(単独ではない)に由来します。アラブの錬金術師たちはこれを「アル・イスミド」と呼び、後に「アンチモン」へと変化しました。

科学的な認識

ニコラ・レメリー(1707年)は、化学論文の中でアンチモンを独立した元素として初めて明確に区別しました。彼は、アンチモンが鉛やスズとは異なる独自の性質を持つ、もろく銀白色の金属として単離できることを示しました。

産業革命での用途

産業革命によって、アンチモンの真の可能性が明らかになりました。

  • 1780年代:印刷機用の活字合金が出版業界に革命をもたらしました
  • 1840年代:摩擦マッチや雷管にアンチモンを使用しました
  • 1860年代:装飾品にブリタニアメタル(アンチモン-スズ合金)を使用しました
  • 1890年代:初期の自動車向けに鉛-アンチモン製バッテリーグリッドが開発されました

20世紀の難燃剤革命

1950年代の発見:科学者たちは、三酸化アンチモンがハロゲン化合物の難燃性を劇的に高めることを発見しました。この画期的な発見により、アンチモンは現代における最も重要な用途、すなわち火災予防によって数え切れないほどの命を救う用途へとつながりました。

現代の理解

現在、アンチモンは独自の性質を持つ半金属であると理解されています。

  • 電子配置:[Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p³
  • 同素体:複数の結晶形で存在します
  • 半導体の性質:現代の電子機器や赤外線検出器に使用されます
驚くべき旅:クレオパトラのアイメイクから現代の火災安全まで、アンチモンの5000年にわたる歩みは、科学的理解によって古代の物質が革新的な新用途を見いだせることを示しています!

用途

アンチモンの用途

火災安全と難燃剤

三酸化アンチモン(Sb₂O₃)は世界で最も重要な難燃助剤であり、世界のアンチモン消費量の60%以上で使用されています。燃焼化学を妨げるハロゲン化アンチモンを放出することで作用し、子ども用パジャマから航空機の客室内装まで、あらゆるものを保護します。

自動車産業

  • ブレーキパッド:硫化アンチモンは、高温でも安定して機能する摩擦材を提供します
  • バッテリーグリッド:自動車用バッテリーの鉛-アンチモン合金(2-6% Sb)は、機械的強度と耐食性を高めます
  • 軸受合金:大型エンジンの軸受にアンチモン-スズ-銅のホワイトメタルを使用します
  • はんだ付け:自動車電子機器の鉛フリーはんだにアンチモンを使用します

ガラスとセラミックス

  • ガラス清澄:三酸化アンチモンは気泡を除去し、高品質なガラスの透明度を高めます
  • 脱色剤:ガラス中の鉄不純物による黄色や緑色の色合いを中和します
  • 乳濁剤:白色で不透明なガラスや陶磁器釉薬を作ります
  • テレビ画面:放射線遮蔽のため、ブラウン管ガラスにアンチモン化合物を使用します

繊維とプラスチック

  • ポリエステル製造:アンチモン触媒(三酸化アンチモン)は、ポリエチレンテレフタレート(PET)の重合を可能にします
  • 難燃性繊維:カーペット、家具用張り地、防護服にアンチモン化合物を使用します
  • プラスチック添加剤:硬質PVCや熱硬化性プラスチックで、アンチモン化合物をハロゲン化合物と組み合わせます

顔料と塗料

  • ナポリ黄:アンチモン酸鉛によって作られる、古代から使用されてきた歴史的な芸術用顔料です
  • 迷彩塗料:アンチモン化合物は軍事用途で赤外線反射率を低下させます
  • 陶磁器釉薬:アンチモンは陶器やタイルに黄色と白色を与えます

電子機器と半導体

  • 半導体ドーピング:ケイ素やゲルマニウムにおけるn型ドーパントとして超高純度アンチモンを使用します
  • 熱電デバイス:ペルチェ冷却システムにビスマス-アンチモン合金を使用します
  • 赤外線検出器:軍事および科学用途にアンチモン化インジウム(InSb)を使用します
  • ダイオード:トンネルダイオードやマイクロ波デバイスにアンチモン化合物を使用します

軍事と防衛

  • 曳光弾:アンチモン化合物によって弾丸の軌道を目で確認できます
  • 雷管組成物:雷管や小火器用雷管に三硫化アンチモンを使用します
  • 徹甲弾:アンチモンは徹甲弾の鉛芯を硬化させます

医薬品用途

  • 抗寄生虫薬:アンチモン化合物はリーシュマニア症や住血吸虫症の治療に使用されます
  • 獣医学:酒石酸アンチモンカリウムは、特定の動物寄生虫の治療に使用されます

身近なアンチモン

家庭での火災安全

  • マットレス:フォーム材や布製カバーにアンチモン系難燃剤を使用します
  • カーペットとラグ:三酸化アンチモンは家庭用品の急速な延焼を防ぎます
  • 子ども服:難燃性寝間着には、安全性のためアンチモン化合物を使用します
  • 家具用張り地:ソファ、椅子、カーテンにはアンチモン系難燃剤を処理します
  • 電子機器の筐体:テレビ、コンピューター、家電製品の筐体には、火災安全のためアンチモンが含まれています

自動車

  • 自動車用バッテリー:鉛-アンチモン製グリッドが構造と長寿命を支えます
  • ブレーキパッド:硫化アンチモンの摩擦材が車を安全に停止させます
  • 内装部品:ダッシュボードのプラスチックや座席の布地に難燃剤を使用します
  • 電子システム:はんだ接合部や半導体部品にアンチモンを使用します

食品・飲料容器

  • プラスチックボトル:PETボトルの製造にアンチモン触媒を使用します(水や清涼飲料のボトル)
  • 食品包装:アンチモン触媒を用いたポリエステルフィルムや容器です
  • 電子レンジ用容器:耐熱プラスチックにはアンチモン化合物が含まれていることがよくあります

衣類と繊維

  • ポリエステル衣類:ほぼすべてのポリエステル繊維はアンチモン触媒を用いて作られます
  • カーペットの裏材:合成カーペット繊維や裏材にアンチモンを使用します
  • スポーツ用品:耐炎性のスポーツウェアや用品にアンチモンを使用します

建築材料

  • 断熱材:火災安全基準に適合するため、アンチモン処理したフォーム断熱材を使用します
  • 電気配線:難燃性を持たせるため、PVC製電線被覆にアンチモンを使用します
  • 屋根材:合成屋根膜にアンチモン化合物を使用します

家庭用電子機器

  • 回路基板:難燃性PCB基材にアンチモンを使用します
  • ケーブル被覆:電気ケーブルのプラスチック被覆をアンチモンで処理します
  • 機器の筐体:電話やコンピューターのケースにアンチモン系難燃剤を使用します
隠れたアンチモン:ポリエステルのシャツから自動車のブレーキパッド、水のボトルまで、私たちは知らないうちに毎日何十回もアンチモンに触れています。アンチモンは、化学の中でも最も目立たない一方で欠かせない元素の一つです!

起源

自然界での存在

地殻に0.2 mg/kg存在し、44%の元素より存在度が高い

アンチモンの世界分布

主な鉱物:輝安鉱

輝安鉱(Sb₂S₃)は71.4%のアンチモンを含み、完全なへき開を持つ特徴的な金属光沢の灰色結晶を形成します。古代文明では輝安鉱を「コール」としてアイメイクに使用していましたが、それが硫化アンチモンだとは知りませんでした。

主な世界の鉱床

  • 中国:世界生産量の60%を占め、主に湖南省の錫礦山鉱床から産出します。これは世界最大のアンチモン鉱山です
  • ロシア:シベリアに大規模な鉱床があり、特にサリヤラクスコエ鉱床が重要です
  • タジキスタン:ゼラフシャン金-アンチモン帯に大規模な輝安鉱鉱床があります
  • ミャンマー:豊富な輝安鉱脈を持つ歴史的なアンチモン採掘地域です
  • ボリビア:アンデス山脈の高地に鉱床があり、スズや銀を伴うことがよくあります
  • トルコ:複数の操業中アンチモン鉱山を持つ、重要なヨーロッパの供給源です

地質学的形成

アンチモン鉱床は、比較的低温(150-300°C)の熱水過程によって形成されます。この元素は次の場所に濃集します。

  • 浅熱水脈:温泉や地熱活動によって形成された地表近くの鉱床です
  • 交代鉱床:アンチモン鉱物が石灰岩などの炭酸塩岩を置き換えた鉱床です
  • 多金属鉱床:金、銀、水銀、ヒ素とともに見つかることがよくあります
  • 温泉鉱床:活発な地熱地域で、現在もアンチモンが沈殿して形成されます

共生鉱物

  • スティビコナイト(Sb₂O₄):輝安鉱の風化によって生じる黄色の酸化アンチモンです
  • バレンチナイト(Sb₂O₃):酸化帯に見られる白色の酸化アンチモンです
  • セルバンタイト(Sb₂O₄):黄色から褐色の酸化生成物です
  • 自然アンチモン:一部の鉱床に見られる希少な金属アンチモンです
  • テトラヘドライト:銅-アンチモン硫化物で、「灰色銅鉱」とも呼ばれます

存在度と希少性

アンチモンは地殻中で63番目に存在度の高い元素で、およそ0.2 ppmです。そのためスズより希少ですが、銀よりは多く存在します。濃集には特定の地質条件が必要であり、経済的価値のある鉱床は一般的ではありません。

二次資源

  • 鉛バッテリーのリサイクル:廃車用バッテリーから大量のアンチモンを回収します
  • 難燃剤のリサイクル:電子廃棄物からアンチモンを回収します
  • 軸受金属のリサイクル:産業機械からアンチモンを再生利用します
地質学の知見:アンチモンは活発な地熱系の近くで鉱床を形成しやすいため、多くの鉱床が火山地域に存在します。これは、この古代から知られる元素を、地球で現在も続く地質過程と結びつけています!

取り扱い

安全性

アンチモンの安全性プロファイル

有毒金属—注意して取り扱ってください

アンチモンとその化合物は有毒であり、慎重な取り扱いが必要です。スズとは異なり、アンチモンは吸入、摂取、皮膚接触によって重大な健康リスクをもたらします。毒性はアンチモン化合物の種類によって大きく異なります。

呼吸器への危険

  • 急性ばく露:アンチモンの粉じんやヒュームは塵肺(「アンチモン肺」)を引き起こします
  • 慢性影響:長期吸入により、呼吸器の刺激や肺の瘢痕化が起こります
  • 作業環境の許容限界:OSHAによる作業環境空気中の許容限界は0.5 mg/m³です
  • 保護具:工業環境では呼吸用保護具が必要です

全身的な健康影響

  • 心血管系:高用量では心拍リズムや血圧に影響します
  • 胃腸系:急性ばく露により、吐き気、嘔吐、下痢が起こります
  • 皮膚への影響:「アンチモン斑」と呼ばれる、接触による膿疱性皮膚病変が生じます
  • 生殖:一部のアンチモン化合物は生殖能力や発達に影響します

職場での安全

  • 工学的管理:アンチモン処理作業には局所排気換気を使用します
  • 個人用保護具:手袋、安全眼鏡、適切な呼吸用保護具を使用します
  • 衛生管理:十分な手洗いを行い、作業着を分けます
  • 健康モニタリング:ばく露した作業者には定期的な健康監視を行います

環境と消費者の安全

  • 飲料水:EPAによる飲料水中のアンチモンの上限は6 ppbです
  • PETボトル:プラスチックボトルから微量のアンチモンが移行しますが、通常は安全です
  • 食品との接触:食品中のアンチモン濃度は通常非常に低い値です
  • 電子廃棄物:適切に廃棄することでアンチモンによる汚染を防げます

火災と化学的危険

  • スチビンガス(SbH₃):非常に有毒なアンチモン水素化物ガスです
  • 燃焼生成物:アンチモン化合物を燃やすと有毒なヒュームが発生します
  • 化学反応性:一部のアンチモン化合物は酸化剤です

緊急時の対応

  • 吸入:新鮮な空気の場所へ移し、直ちに医師の診察を受けてください
  • 皮膚接触:石けんと水で十分に洗ってください
  • 眼への接触:15分間水で洗い流し、医療機関を受診してください
  • 摂取:無理に吐かせず、中毒情報センターに連絡してください
重要:消費者向け製品(難燃剤、PETボトル)に含まれるアンチモンのリスクは最小限ですが、工業用アンチモンには厳格な安全手順が必要です。アンチモン化合物を扱う際は、必ずMSDSの指針に従ってください。

簡単な回答

アンチモン:よくある質問

アンチモンとは何ですか?

アンチモン(記号Sb)は周期表の元素51で、5周期、15族の半金属です。 古代から目の化粧品として使われてきた、もろい半金属で、現在は難燃剤として使われています。 室温では固体です。

アンチモンの電子配置はどのようなものですか?

アンチモンの基底状態の電子配置は[Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p³で、2, 8, 18, 18, 5という分布の電子殻が5個あります。 最外殻には5個の電子があり、これによって結合の性質が決まります。

アンチモンの融点と沸点は何ですか?

アンチモンの融点は903.8 K(630.6 °C)、沸点は1860 K(1586.9 °C)です。

アンチモンの原子量は何ですか?

アンチモンの標準原子量は121.76 uです。これは天然に存在する同位体の加重平均であるため、整数になることはほとんどありません。

アンチモンの密度はどのくらいですか?

アンチモンの密度は6.697 g/cm³です。水は1.0 g/cm³なので、アンチモンの塊は約6.7倍重いです。

アンチモンの電気陰性度はどのくらいですか?

アンチモンのポーリング電気陰性度は2.05です。この尺度は、電子を最も引きつけにくいフランシウムの0.70から、最も引きつけやすいフッ素の3.98までです。 この中間の範囲の値では、強いイオン結合よりも共有結合を形成する傾向があります。

アンチモンを発見したのは誰で、いつですか?

アンチモンは古代から知られています。精錬せずに利用できる形で存在するため、その発見を特定の人物に帰することはできません。 名称はギリシャ語のanti + monos。元素記号はstibiumに由来しますに由来します。

地球上でアンチモンはどのくらい一般的ですか?

地球の地殻におけるアンチモンの割合は約0.2 mg/kgで、実際に希少であるため高価です。